DE2912770A1

DE2912770A1 - Waermepumpenanlage

Info

Publication number: DE2912770A1
Application number: DE19792912770
Authority: DE
Inventors: Paul Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1980-10-02
Also published as: SE8002338L; FR2452683B1; GB2045909A; JPS55134264A; CH646772A5; GB2045909B; FR2452683A1

Description

Dn.-lng. Reimar König Oip!.-lng. Klaus Bergen

Cecilienallee 7B 4 Düsseldorf 3O Telefon 45SOOB Patentanwälte

29.März 1979 32 624 K

Herr Paul Schmidt, 5940 Lennestadt/Saalhausen

"Wärmepumpenanlage"

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage zur Gewinnung von Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus aus einer Wärmequelle niederen Temperaturniveaus zum Beheizen von Gebäuden mit einem im Erdboden verlegten Wärmetauscher.

Bei bekannten Wärmepumpenanlagen wird Wärme dadurch gewonnen, daß im Erdboden ein Wetz von Rohrschlangen verlegt wird. Zu diesem Zweck muß der Erdboden zunächst abgetragen und nach Verlegen des Rohrschlangennetzes wieder aufgefüllt werden. Auf diese Weise lassen sich die Rohrschlangen nur in geringen Tiefen verlegen, da ein Abtragen des Erdbodens bis zu größere Tiefen sehr unwirtschaftlich ist. Da andererseits die Frostgrenze in Mitteleuropa bis etwa 1 m Tiefe reicht, steht gerade in der Jahreszeit, in der am meisten Wärme benötigt wird, nur wenig Erdwärme zur Verfügung und daher die Wärmepumpenanlage entweder nicht zur völligen Wärmeversorgung ausreicht, oder aber sehr große Grundstückflächen für das Rohrschlangennetz erforderlich sind.

Ausgehend von der Überlegung, daß die Gewinnung von Wärme aus tieferen Erdschichten mit einem starken Grundwasserstrom die Möglichkeit bietet, auch in der kalten Jahreszeit genügend Wärme aus dem Erdboden zu gewinnen, liegt der Erfindung die Aufgabe

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zugrunde, für eine Wärmepumpenanlage der eingangs erwähnten Art einen Wärmetauscher großer Leistungsfähigkeit zu schaffen, der einfach im Aufbau ist und sich einfach herstellen und dessen Größe sich leicht dem Bedarf anpassen läßt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch mehrere von mindestens einer gemeinsamen Kammer strahlenförmig ausgehender, längsunterteilter, beispielsweise aus einem konzentrischen Innenrohr und einem Außenrohr bestehender Wärmetauscher, deren Teilräume jeweils mit einem Zu- und einem Ablauf für einen Wärmeträger der Wärmepumpenanlage verbunden sind. Derartige Wärmetauscherrohre lassen sich einzeln leicht so weit in den Erdboden eintreiben, wie es nötig ist und benötigen an der Stelle, an der sie mit dem Zu- und dem Ablauf für den Wärmeträger der Wärmepumpenanlage verbunden sind, nur wenig Platz, da sie sich an dieser Stelle sehr eng zusammenführen lassen. Dennoch gestatten sie dadurch, daß sie strahlenförmig auseinanderlaufen, aus einem sehr großen Erdvolumen Wärme zu gewinnen. Hinzu kommt die große Eintauchtiefe der Rohre von bis zu 10 m.

Vorteilhafterweise ist die Kammer im Erdboden angeordnet und wärmeisoliert. In der Kammer können sich jeweils mit den Teilräumen der Rohre verbundene Sammler für den Zu- bzw. Ablauf des Wärmeträgers befinden. Auf diese Weise braucht sich oberhalb des Erdbodens keinerlei Bauwerk oder mit den Wärmetauschern verbundenes Gerät zu befinden, so daß sich die Wärmepumpenanlage besonders für Garten von Einfamilienhäusern eignet.

Um ein möglichst großes Erdvolumen ausnutzen zu können, verlaufen die Wärmetauscherrohre sowohl fast waagerecht seitlich als auch schräg bzw. senkrecht nach unten aus der Kammer in den Erdboden, wenngleich die fast waagerechten Wärmetauscherrohre unterhalb der möglichen Frostgrenze liegen.

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Um den Wärmeaustausch bei konzentrischen Rohren ausschließlich auf den sich im Außenrohr befindenden Wärmeträger und den Erdboden zu beschränken, ist es vorteilhaft, das Innenrohr mit einer Isolierung zu umkleiden und bis nahe an das geschlossene Kopfende des Außenrohres zu führen und die Außenrohre mit dem Sammler für den Zulauf des abgekühlten Wärmeträgers und die Innenrohre mit dem Sammler für den Ablauf des erwärmten Wärmeträgers zu verbinden.

Für den Fall einer auftretenden Undichtigkeit eines Wärmetauschers befinden sich in den Innenrohren und Außenrohren vor den Sammlern Absperrschieber.

Ein besonders einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers für eine Wärmepumpenanlage nach der Erfindung besteht in der Verwendung eines Rammbohrgerätes mit Nachziehrohr. Ein solches Rammbohrgerät kann innerhalb der Kammer angesetzt werden und Kanäle in beliebiger Richtung in das Erdreich einbringen. Da die Kanäle dadurch entstehen, daß das Erdreich von dem Rammbohrgerät verdrängt und verdichtet wird, ergeben sich Kanäle mit stabiler. Wandung, in die sich die Wärmetauscherrohre einschieben lassen. Das Rammbohrgerät kann jedoch auch mit einem Nachziehrohr versehen sein. Nachdem eine genügende Länge eingezogen ist, wird das Rammbohrgerät durch das Nachziehrohr herausgezogen, das dann als Außenrohr des Wärmetauschers fungiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Bodenkammer und die Wärmetauscher einer Wärmepumpenanlage.

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Im Erdboden 1 befindet sich eine Kammer 2 mit Wänden 4, von der aus Wärmetauscher 6 strahlenförmig im Erdboden 1 abgehen. Je nach Bedarf kann die Anzahl der einzelnen Wärmetauscher 6 geändert werden, und diese können sowohl fast waagerecht seitlich durch die Wand 4 der Kammer 2 hindurch in den Erdboden hineingetrieben werden, als auch schräg oder senkrecht nach unten. Wichtig ist bei der Anordnung der Wärmetauscher 6, daß auch die fast waagerecht verlaufenden Wärmetauscher 6 unterhalb der Frostgrenze verlaufen. Die Länge der Wärmetauscher 6 hängt von dem errechneten Wärmebedarf und von der Bodenbeschaffenheit ab.

Jeder einzelne Wärmetauscher 6 besteht aus einem Außenrohr 8 und einem Innenrohr 10. Das Innenrohr 10 ist mit einer Isolierung 11 umkleidet, um einen Wärmeaustausch zwischen dem im Außenrohr 8 zufließenden kalten Wärmeträger und dem durch das Innenrohr 10 abfließenden erwärmten Wärmeträger zu vermeiden. Die Außenrohre 8 sind über Absperrschieber 9 mit einem Sammler 12 für den Zulauf 16 des Wärmeträgers verbunden, während die Innenrohre 10 über entsprechende Absperrschieber 9 mit einem Sammler 14 für den Ablauf 18 des Wärmeträgers verbunden sind. Die Temperatur des Wärmeträgers im Zulauf 16 liegt aufgrund des Wärmeentzugs in der Wärmepumpenanlage niedriger als die Temperatur im Erdboden 1, so daß der Wärmeträger dem Erdboden 1 Wärme entzieht und erwärmt durch den Ablauf 18 der Wärmepumpe zugeführt wird. In der Wärmepumpe wird die dem Erdboden 1 entzogene Wärme auf ein für Heizzwecke geeignetes Temperaturniveau gebracht.

Die Absperrschieber 9 dienen dazu, einzelne Wärmetauscher 6 vom Kreislauf abzutrennen, falls in einem Wärmetauscher 6 Undichtigkeiten auftreten.

Zweckmäßigerweise werden die Außenrohre 8 mittels eines Rammbohrgeräts in den Erdboden 1 eingezogen. Die Rohre 8 sind dabei

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mit dem Rammbohrgerät verbunden und werden auf diese Weise in die von dem Rammbohrgerät hergestellte Erdbohrung eingezogen. Das Rammbohrgerät wird schließlich durch das Nachziehrohr hindurch zurückgezogen, das dann unmittelbar als Außenrohr 8 eines Wärmetauschers 6 verwendbar ist.

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Claims

-y- Herr Paul Schmidt, 5940 Lennestadt/Saalhausen Patentansprüche:

1./ Wärmepumpenanlage zur Gewinnung von Wärmeenergie höheren " Temperaturniveaus aus einer Wärmequelle niederen Temperaturniveaus zum Beheizen von Gebäuden mit einem im Erdboden verlegten Wärmetauscher, gekennzeichnet durch eine mehrere von mindestens einer gemeinsamen Kammer (2) aus strahlenförmig ausgehende längsunterteilte Wärmetauscher (6), deren Teilräume (8, 10) jeweils mit einem Zu - und einem Ablauf (16, 18) für einen Wärmeträger verbunden sind.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmetauscher aus einem Außenrohr (8) und einem Innenrohr (10) bestehen.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im Erdboden (1) angeordnete, ausgekleidete Kammer (2) und zwei in der Kammer (2) angeordnete jeweils mit den Außenrohren (8) und den Innenrohren (10) verbundene Sammler (12, 14) für den Zu- bzw. Ablauf (16, 18) des Wärmeträgers.

4. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (6) sowohl fast waagerecht seitlich als auch schräg und senkrecht nach unten aus der Kammer (2) in den Erdboden (1) geführt sind.

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5. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die fast waagerechten Wärmetauscher (6) unterhalb der möglichen Frostgrenze im Erdboden (1) angeordnet sind.

6. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (10) mit einer Isolierung (11) umgekleidet bis nahe an das verschlossene Ende der Außenrohre (8) geführt sind, und daß die Außenrohre (8) mit dem Sammler (12) für den Zulauf (16) des Wärmeträgers und die Innenrohre (10) mit dem Sammler (14) für den Ablauf des Wärmeträgers verbunden sind.

7. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 6, gekennzeichnet durch Absperrschieber (9) in den Außen- und Innenrohren (8,10) vor den Sammlern (12, 14).

8. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers für eine Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Rammbohrgerätes mit Nachziehrohr.

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